一個力是否對物體“做功”,是初中物理的難點之一。為了使學生能夠盡快地理解“做功”的概念,并把有關知識前後聯系起來,本文介紹一種深入淺出的引導方法。
圖一
在學生學完牛頓第一定律後,對“力和運動的關系”就有了一定的初步認識。在此基礎上,教師若能帶領學生從教材(人教版)圖8.1-2(下圖)所示的現象出發,對小車所受重力在斜面和水平面對物體運動狀态改變效果不同的原因進行認真分析,就可以不失時機地引入“做功”的概念,将會收到事半功倍的結果。
圖二
這種引入方法,不僅有助于學生進一步深刻理解“力和運動的關系”,而且能對學生理解“做功和物體動能改變的關系”起到鋪墊的作用,對後續學生理解物體的動能跟哪些因素有關(下圖所示)也有一定的幫助作用。
圖三
首先教師展示下圖:
圖四
其次由淺入深分析如下:1.物體從斜面頂端由靜止沿光滑面加速運動到光滑水平面後,将在水平面上作勻速直線運動。
2.物體在光滑的斜面上加速運動過程中,它的運動狀态發生了改變;而在光滑的水平面上作勻速直線運動過程中,它的運動狀态沒有發生改變。
3.物體在光滑的斜面上所受的重力和支持力不能平衡,所以物體的運動狀态發生了改變;而在光滑的水平面上所受重力和支持力二力平衡,所以物體的運動狀态不能改變。
4.由于物體所受支持力的方向在兩光滑面上都與物體運動方向垂直,所受重力方向僅在水平光滑面上與物體運動方向垂直,而在光滑斜面上所受重力的方向與物體運動方向不垂直,所以我們完全有理由認為:
在本現象中,與物體運動方向不垂直的重力才是物體運動速度大小改變的原因!
5.大量事實證明,當一個力的方向與物體運動方向不垂直時,這個力就對物體運動速度大小的改變有效果,我們就說物體在這個力的方向上移動了距離,這個力就對物體做了功。
圖五
反之,當一個力的方向與物體運動方向垂直時,這個力就對物體運動速度大小的改變沒有效果,我們就說物體在這個力的方向上沒有移動距離,這個力就對物體沒有做功(如下圖中甲所示)。
簡而言之:垂直不做功!
圖六
擴展:若在上述圖四示例中,斜面和水平面都是粗糙的,那物體在運動過程中還要受到滑動摩擦力的作用(如下圖所示)。
圖七
顯然,滑動摩擦力的方向與物體移動方向并不垂直,它在改變物體運動速度的大小上有效果,有“貢獻”(盡管這個“貢獻”是減小了物體運動的速度),所以滑動摩擦力必然要對物體做功。
總之,物理學畢竟不是“物感學”,它不是自然常識的簡單積累。适時适度地把學生所學知識串聯起來,由直觀提升到抽象,由感性提升到理性,就是由生活到物理的過程。隻有這樣,才能真正提高學生的物理素養。無原則地降低學習的難度,拒絕對已有經驗的抽象理性分析,就是在拒絕物理學!
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